Comprender y prevenir fallas en las baterías de plomo-ácido

Las baterías de plomo-ácido reguladas por válvulas (VRLA) son la columna vertebral de los sistemas de energía ininterrumpida (UPS) y proporcionan energía de respaldo crítica en emergencias.Sin embargo, comprender los factores que conducen a fallas prematuras de las baterías de plomo-ácido es esencial para mantener la integridad de estos sistemas de energía de reserva.Este artículo profundiza en los diversos elementos que impactan la longevidad de las baterías VRLA, destacando la importancia del cuidado, uso y mantenimiento adecuados de la batería para extender su vida útil.

Principales factores que afectan la duración de la batería

• Vida de servicio

• Temperatura

• Sobrecarga

• Sobrecarga

• Escapes térmicos

• Deshidración

• Contaminación

• catalizadores

Vida de servicio:

Según lo define IEEE 1881, la vida útil de la batería se refiere a la duración del funcionamiento efectivo en condiciones específicas, generalmente medida por el tiempo o la cantidad de ciclos hasta que la capacidad de la batería cae a un cierto porcentaje de su capacidad nominal inicial.

En los sistemas UPS (sistemas de alimentación ininterrumpida), las baterías generalmente se mantienen en un estado de carga flotante durante la mayor parte de su vida útil.En este contexto, un 'ciclo' se refiere al proceso en el que la batería se usa (descarga) y luego se restablece a su carga completa.El número de ciclos de descarga y recarga que puede sufrir una batería de plomo-ácido es finito.Cada ciclo disminuye ligeramente la vida útil general de la batería.Por lo tanto, comprender las demandas cíclicas probables en función de la confiabilidad de la red eléctrica local es crucial durante el proceso de selección de la batería, ya que influye significativamente en el riesgo de falla de la batería.

Temperatura:

La temperatura afecta significativamente qué tan bien y durante cuánto tiempo funciona una batería.Al explorar cómo la temperatura afecta la falla de las baterías de plomo-ácido, es esencial comprender la diferencia entre la temperatura ambiente (la temperatura del aire circundante) y la temperatura interna (la temperatura del electrolito).Si bien el aire circundante o la temperatura ambiente pueden afectar la temperatura interna, el cambio no ocurre tan rápido.Por ejemplo, la temperatura ambiente puede cambiar mucho durante el día, pero es posible que la temperatura interna solo experimente cambios menores.

Los fabricantes de baterías suelen recomendar una temperatura de funcionamiento óptima, normalmente de unos 25 °C.Vale la pena señalar que las cifras generalmente se refieren a la temperatura interna.La relación entre la temperatura y la duración de la batería a menudo se cuantifica como una 'vida media': por cada aumento de 10 °C por encima de los 25 °C óptimos, la esperanza de vida de la batería se reduce a la mitad.El riesgo más importante con las altas temperaturas es la deshidratación, donde el electrolito de la batería se evapora.Por otro lado, las temperaturas más frías pueden prolongar la vida útil de la batería pero reducir su disponibilidad inmediata de energía.

Sobrecarga:

La sobrecarga se refiere al proceso de aplicar demasiada carga a una batería, lo que provoca posibles daños.Este problema puede deberse a errores humanos, como configuraciones incorrectas del cargador o a un cargador que no funciona correctamente.En los sistemas UPS, el voltaje de carga cambia según la fase de carga.Normalmente, una batería se cargará inicialmente a un voltaje más alto (conocido como 'carga masiva') y luego se mantendrá a un voltaje más bajo (conocido como 'carga flotante').La carga excesiva puede reducir significativamente la vida útil de una batería y, en casos graves, provocar una fuga térmica.Es crucial que los sistemas de monitoreo identifiquen y alerten a los usuarios sobre cualquier caso de cobro excesivo.

Subcarga:

La carga insuficiente ocurre cuando una batería recibe menos voltaje del necesario durante un período prolongado, sin poder mantener el nivel de carga necesario.La carga insuficiente persistente de una batería da como resultado una disminución de la capacidad y una vida útil más corta de la batería.Tanto la sobrecarga como la subcarga son factores críticos en la falla de la batería.Debe administrarse con cuidado para garantizar un suministro de voltaje correcto para mantener la salud y la longevidad de la batería.

Escapes térmicos:

La fuga térmica representa una forma grave de falla en las baterías de plomo-ácido.Cuando hay demasiada corriente de carga debido a un cortocircuito interno o a una configuración de carga incorrecta, el calor aumenta la resistencia, lo que a su vez genera más calor en espiral.Hasta que el calor generado dentro de una batería excede su capacidad para enfriarse, se produce una fuga térmica, lo que hace que la batería se seque, se encienda o se derrita.

Para combatir esto, existen varias estrategias para detectar y prevenir la fuga térmica desde su inicio.Un método ampliamente utilizado es la carga con compensación de temperatura.A medida que aumenta la temperatura, el voltaje de carga se reduce automáticamente y, eventualmente, la carga se detiene si es necesario.Este enfoque se basa en sensores de temperatura colocados en las celdas de la batería para monitorear los niveles de calor.Si bien algunos sistemas UPS y cargadores externos ofrecen esta característica, a menudo los sensores de temperatura cruciales son opcionales.

Deshidración:

Tanto las baterías ventiladas como las VRLA son susceptibles a la pérdida de agua.Esta deshidratación puede provocar una disminución de la capacidad y una reducción de la duración de la batería, lo que enfatiza la necesidad de realizar controles de mantenimiento periódicos.Las baterías ventiladas pierden agua continuamente por evaporación.Están diseñados con indicadores visibles para comprobar los niveles de electrolitos y rellenar agua fácilmente cuando sea necesario.

Las baterías de plomo-ácido reguladas por válvulas (VRLA) contienen mucho menos electrolito en comparación con las de tipo ventilado y, por lo general, su carcasa no es transparente, lo que dificulta la inspección interna.Idealmente, en las baterías VRLA, los gases producidos por la evaporación (hidrógeno y oxígeno) deberían recombinarse nuevamente en agua dentro de la unidad.Sin embargo, en condiciones de calor o presión excesivos, la válvula de seguridad del VRLA podría expulsar gas.Si bien una liberación poco frecuente es normal y generalmente inofensiva, la expulsión continua de gas es problemática.La pérdida de gases provoca una deshidratación irreversible de la batería, lo que contribuye a que las baterías VRLA generalmente tengan una vida útil de aproximadamente la mitad que la de las baterías inundadas tradicionales (VLA).

Contaminación:

Las impurezas dentro del electrolito de la batería pueden afectar gravemente el rendimiento.Los controles y el mantenimiento periódicos son vitales, especialmente en el caso de baterías antiguas o con un mantenimiento inadecuado, para evitar problemas relacionados con la contaminación.En las baterías de plomo-ácido reguladas por válvulas (VRLA), la contaminación del electrolito es poco frecuente y a menudo surge de defectos de fabricación.Sin embargo, los problemas de contaminación son más frecuentes en las baterías de plomo ácido ventiladas (VLA), especialmente cuando se agrega agua periódicamente al electrolito.El uso de agua impura, como agua del grifo en lugar de agua destilada, puede provocar contaminación.Dicha contaminación puede contribuir significativamente al fallo de la batería de plomo y debe evitarse diligentemente para garantizar el rendimiento de la batería.

catalizadores:

En las baterías VRLA, los catalizadores pueden mejorar significativamente la recombinación de hidrógeno y oxígeno, reduciendo los efectos del secado y prolongando así su vida útil.En algunos casos, los catalizadores se pueden instalar después de la compra como accesorio adicional e incluso pueden ayudar a revitalizar una batería vieja.Sin embargo, es importante proceder con precaución;Cualquier modificación en el campo conlleva riesgos como posibles errores humanos o contaminación.Estas modificaciones sólo deben ser realizadas por técnicos con formación específica en fábrica para evitar fallos en el funcionamiento de la batería.

Conclusión

El fallo prematuro de las baterías de plomo-ácido se puede mitigar en gran medida mediante una comprensión, un seguimiento y un mantenimiento adecuados.Al reconocer los signos de problemas potenciales como sobrecarga, subcarga y fuga térmica, la vida útil de las baterías VRLA se puede extender significativamente.Para aquellos que buscan más información y orientación, Dfun Tech ofrece conocimientos y soluciones integrales para mantener la salud y la eficiencia de las baterías de plomo-ácido.Comprender el intrincado equilibrio de los factores físicos y químicos que afectan el rendimiento de la batería es crucial para cualquiera que dependa de estos sistemas críticos de respaldo de energía.